JP3888531B2

JP3888531B2 - Ceramic heater, method for manufacturing ceramic heater, and buried article of metal member

Info

Publication number: JP3888531B2
Application number: JP2002088585A
Authority: JP
Inventors: 慎治山口; 和宏 ▲のぼり▼
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: EP1349430A2; KR20030077973A; TW200304756A; EP1349430B1; US20030183615A1; TW595243B; US7126090B2; EP1349430A3; JP2003288975A; KR100533471B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックヒーター、セラミックヒーターの製造方法、および金属部材の埋設品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置においては、熱ＣＶＤなどによってシランガスなどの原料ガスから半導体薄膜を製造するに当たって、ウエハーを加熱するためのセラミックヒーターが採用されている。例えば特開２０００−６８０３８号公報には、窒化物系セラミックスからなる基体の内部に、例えばタングステンからなる抵抗発熱体を埋設し、抵抗発熱体にタングステンシリサイド層およびタングステンカーバイド層を生成させることが記載されている。また、特開平１１−２５１０３９号公報には、窒化アルミニウム質セラミックスからなる基体の内部に抵抗発熱体を埋設したヒーターが記載されている。このヒーターにおいては、抵抗発熱体が、例えばタングステンとタングステンカーバイドとからなっている。そして、タングステンのメイン強度ピーク（Ｉ１）とタングステンカーバイドのメイン強度ピーク（Ｉ２）との比率（Ｉ２／Ｉ１）を０．９〜６．０にすることによって、抵抗発熱体の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を低くし、ＰＩＤ制御による温度制御を可能としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、窒化アルミニウム焼結体の内部にモリブデンやタングステンからなる抵抗発熱体を埋設したセラミックヒーターについて、量産を可能とするための研究を行ってきた。例えば半導体製造装置用途のセラミックヒーターにおいては、半導体ウエハーの加熱面の温度を例えば７５０℃といった高温に昇温する必要があり、この際に半導体ウエハーの加熱面の温度分布を、非常に狭い仕様の範囲内に抑制する必要がある。従って、焼結体に表面加工を施し、半導体ウエハーの加熱面を形成し、加熱面の温度分布（最高温度と最低温度との温度差）を測定し、温度差が仕様から外れたヒーターを不良品とする。
【０００４】
セラミック基体の加熱面の温度の均一性に対しては、幾つかの因子が関与しており、例えば、セラミック基体の寸法精度、セラミックスの性状の均一性、抵抗発熱体の埋設状態（特に埋設の密度）が関与している。特に抵抗発熱体の埋設状態は重要である。例えばワイヤー状の抵抗発熱体をセラミックス内に埋設した場合には、ワイヤーの巻き数、幾何学的形状、埋設位置を制御することが必要である。
【０００５】
本発明者は、こうした既知の各因子について検討し、ほぼ解決の見通しを得た。しかし、前述のような各因子について厳密に制御を行っても、実際の量産過程においては、加熱面の温度の均一性にバラツキが不可避的に発生し、不良品発生の原因となることが判明した。即ち、加熱面の最高温度と最低温度との温度差が、生産した製品ごとに変動する傾向が見られた。これは、セラミック焼結体内の抵抗発熱体の反応、変質に起因するものと考えられる。
【０００６】
本発明の課題は、セラミック焼結体と、このセラミック焼結体に接触するように設けられている抵抗発熱体とを備えているセラミックヒーターにおいて、加熱面の温度の均一性の変動を抑制することである。
【０００７】
また、本発明の課題は、セラミック焼結体と、このセラミック焼結体に接触するように設けられている金属部材とを備えている埋設品において、焼結過程における金属部材の反応を抑制し、あるいは反応の度合いを一定とすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セラミック焼結体と、このセラミック焼結体に接触するように設けられている抵抗発熱体とを備えているセラミックヒーターであって、
抵抗発熱体が、周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族元素から選ばれた一種以上の金属元素を含む金属と、この金属の炭化物とを含んでおり、Ｘ線回折法によって測定される金属炭化物のメイン強度ピーク（Ｉｃ）の合計値の金属のメイン強度ピークの合計値（Ｉｍ）に対する比率（Ｉｃ／Ｉｍ）が０．２以下であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、セラミック焼結体と、このセラミック焼結体に接触するように設けられている抵抗発熱体とを備えているセラミックヒーターであって、
セラミック焼結体が、セラミック粉末の成形体に抵抗発熱体を接触させた状態で成形体を焼結させることによって得られており、成形体の焼結に伴う抵抗発熱体の抵抗値の変化率（（Ｒｂ−Ｒａ）／Ｒａ）（Ｒａは、焼結前の抵抗発熱体の抵抗値であり、Ｒｂは、焼結後の抵抗発熱体の抵抗値である）が３０％以下であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、セラミック焼結体と、このセラミック焼結体に接触するように設けられている抵抗発熱体とを備えているセラミックヒーターであって、
セラミック焼結体が、抵抗発熱体と周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族元素から選ばれた一種以上の金属元素を含む金属からなるダミー部材とを、セラミック粉末の成形体に対して接触させた状態で成形体を焼結させることによって得られたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、セラミック焼結体と、このセラミック焼結体に接触するように設けられている抵抗発熱体とを備えているセラミックヒーターを製造する方法であって、
セラミック粉末の成形体に、抵抗発熱体、および周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族元素から選ばれた一種以上の金属元素を含む金属からなるダミー部材を接触させ、次いで成形体を焼結させることによってセラミック焼結体を得ることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、セラミック焼結体と、このセラミック焼結体に接触するように設けられている金属部材とを備えている埋設品であって、
金属部材が、周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族元素から選ばれた一種以上の金属元素を含む金属を含んでおり、セラミック焼結体が、セラミック粉末の成形体に、前記抵抗発熱体と周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族元素から選ばれた一種以上の金属元素を含む金属からなるダミー部材とを接触させた状態で、成形体を焼結させることによって得られたことを特徴とする。
【００１３】
本発明者は、セラミックヒーターの加熱面の温度均一性にバラツキが発生する原因について検討を進めた結果、次の知見に至った。これについて、図５を参照しつつ、説明する。
【００１４】
図５は、セラミックヒーター１５を概略的に示す断面図である。例えば円盤状のセラミック焼結体４Ａの内部に、例えば２層の抵抗発熱体５Ａ、５Ｂが埋設されている。４ａは加熱面であり、４ｂは背面である。各抵抗発熱体５Ａ、５Ｂには、対応する端子６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄが接続されている。
【００１５】
ここで、本発明者は、セラミック焼結体４Ａを窒化アルミニウムによって形成し、抵抗発熱体をモリブデンによって形成し、セラミックヒーター１５を製造した。そして、セラミックヒーターの加熱面に所定値を超える温度分布が生じた場合に、抵抗発熱体の各部分の断面を観測してみた。この結果、モリブデンからなる抵抗発熱体に、炭化モリブデン相が生成しており、かつ、炭化モリブデン相の体積比に大きな偏差があることが判明した。例えば、図５に示す１３Ａ−１３Ｈの各個所について、抵抗発熱体の切断面を観測したところ、場所によって、炭化モリブデン相の面積比率に顕著なバラツキが見られた。
【００１６】
抵抗発熱体中で炭化モリブデンの割合が高くなると、抵抗発熱体の抵抗値が高くなり、発熱量が増大するはずである。従って、抵抗発熱体中の炭化物の割合が、抵抗発熱体の場所によって変動すると、加熱面の温度分布が増大するものと考えられる。実際の加熱面の温度分布は、このような仮説と整合していた。
【００１７】
更に、本発明者は、抵抗発熱体における金属炭化物の量を少なくすることによって、前述した抵抗発熱体の場所ごとの炭化物量のバラツキを少なくし、これによって加熱面の温度分布を小さくすることを想到し、実証することによって、本発明に到達した。
【００１８】
具体的には、抵抗発熱体が、周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族元素から選ばれた一種以上の金属元素を含む金属と、この金属の炭化物とを含んでいる場合に、Ｘ線回折法によって測定される金属炭化物のメイン強度ピーク（Ｉｃ）の合計値の、金属のメイン強度ピークの合計値（Ｉｍ）に対する比率（Ｉｃ／Ｉｍ）を０．２以下とすることによって、加熱面の温度分布を小さくでき、不良品を低減できることを見いだした。
【００１９】
周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族元素から選ばれた一種以上の金属元素を含む金属とは、以下のものである。
（１）一種の金属元素からなる純金属。ただし、他の金属元素や不純物元素を少量含有することは許容される。
（２）二種以上の金属元素の合金。
【００２０】
前記した金属の炭化物とは、以下のものである。
（１）抵抗発熱体が、一種の金属元素からなる純金属である場合には、その金属の炭化物。
（２）抵抗発熱体が、二種以上の金属元素の合金である場合には、（ａ）各金属の炭化物、および（ｂ）二種以上の金属元素を含む複合炭化物。
【００２１】
Ｘ線回折法によって測定される金属炭化物のメイン強度ピーク（Ｉｃ）とは、各金属炭化物のＪＣＰＤＳカードにおいて、最も強度の高い各ピークのことである。メイン強度ピークの強度の合計値とは、各金属炭化物に対応する強度の合計値を意味している。金属のメイン強度ピークとは、金属が純金属である場合には、その金属のＪＣＰＤＳカードにおいて、最も強度の高いピークのことである。金属が合金である場合には、その合金を構成する各金属のＪＣＰＤＳカードにおいて、最も強度の高い各ピークのことである。
【００２２】
また、本発明者は、成形体の焼結に伴う抵抗発熱体の抵抗値の変動にも着目した。即ち、成形体に抵抗発熱体を埋設した後、成形体を焼結させる。この際、抵抗値の変動が大きいと、抵抗発熱体における炭化物の量の場所による変動が大きくなりやすく、この結果として加熱面の温度分布が大きくなることを見いだした。具体的には、成形体の焼結に伴う抵抗発熱体の抵抗値の変化率（（Ｒｂ−Ｒａ）／Ｒａ）（Ｒａは、焼結前の抵抗発熱体の抵抗値であり、Ｒｂは、焼結後の抵抗発熱体の抵抗値である）を３０％以下とすることによって、加熱面の温度の均一性が著しく向上することを見いだした。このように、焼成前後の抵抗値の変化と、加熱面の温度の均一性との関係性に着目した研究は、これまでなされてこなかった。
【００２３】
更に、本発明者は、焼結過程における抵抗発熱体の不均質な炭化を抑制する方法を検討した結果、成形体に対して、周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族元素から選ばれた一種以上の金属元素を含む金属からなるダミー部材を接触させた状態で、成形体を焼結させることが効果的であることを見いだし、本発明に到達した。これは、成形体中に存在する、抵抗発熱体を構成する金属と不均質な反応を生ずるような過剰な炭素原子が、ダミー部材を構成する金属と反応してダミー部材の方に吸収されるためである。このように、本来の目的とする機能を有しない金属製のダミー部材を、あえてセラミック成形体中に埋設し、焼結させることによって、成形体中の抵抗発熱体の不均質な炭化を抑制することは、これまでにない試みであった。
更に、焼成条件において、ＡｌＮが分解しない温度において、減圧下とすることにより、炭化を抑制できることも見出した。また、ダミー部材とこの減圧焼成を組み合わせることが、有効な手法であることを見出した。
【００２４】
更に、このようなダミー部材による過剰な炭素原子の吸収による抵抗発熱体の不均質な炭化の抑制という考え方は、必ずしも抵抗発熱体およびセラミックヒーターに限られるものではなく、他の金属埋設セラミック製品に対しても適用可能である。即ち、金属部材が、周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族元素から選ばれた一種以上の金属元素を含む金属を含んでいる場合に、セラミック粉末の成形体に、周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族元素から選ばれた一種以上の金属元素を含む金属からなるダミー部材を接触させた状態で、成形体を焼結させることで、金属部材の不均質な炭化を抑制し、これによる不良品の発生を防止できる。
【００２５】
ここで、ダミー部材とは、セラミック製品において特別な機能を割り当てられていない部材のことを意味している。従って、ダミー部材は、焼結体の加工の際に焼結体から除去することができる。あるいは、ダミー部材を最終的なセラミック製品中に残留させる場合も含まれる。ただし、ダミー部材がセラミック製品中に残留していると、ダミー部材の熱伝導率や寸法も考慮して製品全体を設計する必要があるので、設計の自由度が制限される。このため、焼結体の加工によってダミー部材の少なくとも一部を除去することが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族元素から選ばれた一種以上の金属元素は、特に好ましくは以下のものである。
Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、これらの炭化物、これらの酸化物
【００２７】
加熱面の温度の均一性という観点からは、特に好ましくは、Ｉｃ／Ｉｍが０．１以下である。
【００２８】
Ｉｃ／Ｉｍの下限は特にない。しかし、炭化物がほとんど生成しないような場合には、金属部材とセラミックスとの界面の密着性が悪くなり、剥離したり、あるいは隙間が生じたりする可能性がある。このため、金属部材とセラミックスとの密着性を向上させるという観点からは、Ｉｃ／Ｉｍを０．００１以上とすることが好ましい。
【００２９】
また、加熱面の温度の均一性という観点からは、特に好ましくは、成形体の焼結に伴う抵抗発熱体の抵抗値の変化率（（Ｒｂ−Ｒａ）／Ｒａ）を１０％以下とする。ただし、抵抗発熱体とセラミックスとの密着性を向上させるという観点からは、（（Ｒｂ−Ｒａ）／Ｒａ）を−９０％以上とすることが好ましい。ここで、負の値となるのは、抵抗体が酸化または炭化する等の理由により、初期抵抗が大きい場合があるためである。
【００３０】
図１は、本発明の一実施形態に係る加熱装置１を概略的に示す断面図であり、図２は、加熱装置１の製造工程におけるアセンブリ１０を示す。本例においては、まずセラミック粉末からなる成形体の中に、所望形状の抵抗発熱体を埋設する。更に、抵抗発熱体と各主面との間に、円板状のダミー部材１２Ｂと、円環形状のダミー部材１２Ａとを埋設する。この状態で成形体を焼結させることによって、図２に示す焼結体１１を得る。
【００３１】
本例の焼結体１１は円盤状をなしている。焼結体１１の一方の主面１１ａは加熱面であり、１１ｂは背面である。焼結体１１内には、例えば２列の抵抗発熱体５Ａ、５Ｂが埋設されている。各抵抗発熱体５Ａ、５Ｂには、対応する端子６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄが接続されている。抵抗発熱体５Ａと加熱面１１ａとの間に円板形状のダミー部材１２Ｂが埋設されている。抵抗発熱体５Ｂと背面１１ｂとの間に円環形状のダミー部材１２Ａが埋設されている。そして、支持部材３の端面３ａが、焼結体１１の背面１１ｂに対して接合されている。支持部材３中には電力供給部材８Ａ−８Ｄが収容されており、各電力供給部材８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄが、各端子６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄに対して接続されている。
【００３２】
次いで、図２に示す点線に沿って焼結体１１を加工し、ダミー部材１２Ａ、１２Ｂとその周辺を除去することによって、図１に示す焼結体４を形成する。ここで、４ａ、４ｂ、４ｃはそれぞれ加工面である。この結果、焼結体４の厚さは、焼結体１１の厚さに比べて薄くなると共に、焼結体４の背面４ｂ側に円形突起４ｅが形成される。この結果、セラミックヒーター２とその支持部材３とを備える加熱装置１が得られる。
【００３３】
セラミックヒーターと支持部材との接合方法は特に限定されず、例えばろう材によって接合でき、あるいは特開平８−７３２８０号公報に記載のようにして固相接合できる。また、ヒーターと支持部材とは、Ｏリングやメタルパッキングなどのシール部材を用いてシール接合することができる。
【００３４】
本発明のセラミックヒーターは、半導体製造装置用のセラミック製品として適用可能である。ここで言う半導体製造装置とは、半導体の金属汚染が懸念されるような、幅広い半導体製造プロセスにおいて使用される装置のことを意味している。これには、成膜装置の他、エッチング装置、クリーニング装置、検査装置が含まれる。
【００３５】
ヒーターを構成する焼結体の材質は特に限定されない。好ましくは、焼結体の材質は、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素及びサイアロンなどの窒化物セラミックス、アルミナー炭化ケイ素複合材料などの公知のセラミックス材料であってよい。ハロゲン系ガスなどの腐食性ガスに対して高い耐腐食性を付与するためには、窒化アルミニウムやアルミナが特に好ましい。
【００３６】
基体の形状は特に限定されないが、円板形状が好ましい。加熱面の形状は、ポケット形状、エンボス形状、溝形状が施される場合もある。
【００３７】
ヒーターの基体の製法は限定されないが、ホットプレス製法、ホットアイソスタティックプレス製法が好ましい。
【００３８】
支持部材の材質は限定されないが、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素及びサイアロンなどの窒化物セラミックス、アルミナー炭化ケイ素複合材料などの公知のセラミックス材料であってよい。
【００３９】
加熱素子の形状は、コイル形状、リボン形状、メッシュ形状、板状、膜状であってよい。ダミー部材の形状も限定されず、コイル形状、リボン形状、メッシュ形状、板状、膜状であってよい。
【００４０】
焼結体の内部には、抵抗発熱体の他、高周波電極用エレメントや、静電チャック用エレメントを埋設することができる。
【００４１】
好適な実施形態においては、セラミック焼結体が希土類元素を希土類元素酸化物に換算して１０重量％以下含有しており、これによって、金属部材の不均質な炭化が一層抑制される。ここで言う希土類元素は、サマリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムの十七元素である。
【００４２】
好ましくは、希土類金属元素が、イットリウム、ランタン、セリウム、ガドリニウム、ジスプロシウム、エルビウムおよびイッテルビウムからなる群より選ばれた一種以上の元素である。
【００４３】
また、希土類元素の含有量は、焼結体を緻密化させるという観点からは希土類元素酸化物に換算して０．０５重量％以上であることが好ましく、１重量％以上とすることが一層好ましい。ただし、希土類元素の含有量が多くなると、焼成後の抵抗値上昇幅が大きくなりやすいが、この場合にはダミー基板を併用する本発明は一層効果的である。また、希土類元素の含有量が低いと、焼成後の抵抗値上昇幅は縮小する傾向がある。この観点からは、希土類元素の含有量は０．５重量％以下であることが好ましい。
【００４４】
特に好適な実施形態においては、焼結体が窒化アルミニウムからなり、金属部材がモリブデン、タングステン、またはモリブデン−タングステン合金からなる。
【００４５】
焼結体の成形は、乾式プレス、ドクターブレード法、押し出し、鋳込み、テープ成形法等、公知の方法を適用できる。
【００４６】
調合工程においては、溶剤中に窒化アルミニウム原料粉末を分散させ、この中に希土類元素化合物を、前記した酸化物粉末や溶液の形で添加することができる。混合を行う際には、単純な攪拌によっても可能であるが、前記原料粉末中の凝集物を解砕する必要がある場合には、ポットミル、トロンメル、アトリッションミル等の混合粉砕機を使用できる。
【００４７】
この混合用溶剤を乾燥する工程は、スプレードライ法が好ましい。また、真空乾燥法を実施した後に、乾燥粉末をフルイに通してその粒度を調整することが好ましい。
【００４８】
粉末を成形する工程においては、円盤形状の成形体を製造する場合には、金型プレス法を使用できる。成形圧力は、１００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上とすることが好ましいが、保型が可能であれば、特に限定はされない。粉末の状態でホットプレスダイス中に充填することも可能である。
【００４９】
本発明の焼結体は、ホットプレス焼成によることが好ましく、被焼成体を５０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上の圧力下でホットプレス焼結させることが好ましい。
【００５０】
焼結温度は限定されないが，好ましくは１７００〜２２００℃であり、更に好ましくは、１７５０℃以上、あるいは，２１００℃以下であり、最も好ましくは１７５０℃−２０５０℃である。
雰囲気は、Ｎ_２雰囲気が好ましいが、ＡｌＮが分解しない温度（例えば１０００−１７００℃）において、減圧下（真空度１Ｅ−２Ｔｏｒｒ以上の高真空）とすることが好ましく、また、１５００から１７００℃の範囲で、例えば１０時間以下の保持時間を入れると更に好ましい。
【００５１】
【実施例】
（実験Ａ）
図５に示すセラミックヒーター１５を製造した。基体は窒化アルミニウム焼結体４Ａとし、基体４Ａの直径φは３５０ｍｍとし、厚さは２５ｍｍとした。基体４Ａの内部には、モリブデン製のコイルスプリング形状の抵抗発熱体５Ａ、５Ｂを埋設した。端子６Ａ−６Ｄは、それぞれモリブデン製の円柱状端子とした。焼結体を製造する際には、平均粒径１μｍ、純度９９．９％の窒化アルミニウム粉末に対して、平均粒径１．５μｍ、純度９９．９％のイットリア粉末５重量％を添加し、混合し、混合粉末をプレス成形し、成形体中に抵抗発熱体を埋設した。そして、成形体をホットプレス法によって２００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力下で１８００℃で焼結させた。
【００５２】
このセラミックヒーター１５を、図１に示すような支持部材３と接合した。支持部材３は、窒化アルミニウム焼結体によって形成した。支持部材３の外径φを８０ｍｍとし、内径φを５０ｍｍとし、長さを２５０ｍｍとした。支持部材３を焼結体４Ａの中央部の背面４ｂに固相接合した。ニッケルロッドからなる電力供給手段８Ａ−８Ｄを支持部材の内側空間７に挿入し、各端子と電気的に接続した。この状態で、加熱面４ａの平均温度が約７５０℃となるように電力を供給し、サーモビュアーによって加熱面の最高温度と最低温度との温度差を測定した。
【００５３】
５個の試料を製造し、上記実験を行ったところ、最高温度と最低温度との温度差は、１３℃から２４℃の範囲内で種々変動することが判明した。
【００５４】
そこで、前記温度差が１８℃になったセラミックヒーター１５を切断し、図５に示す各位置１３Ａ−１３Ｈについて、それぞれ抵抗発熱体の断面を走査型電子顕微鏡によって倍率１０００倍で観測した。位置１３Ａ、１３Ｂ側にホットスポットがあり、１３Ｇ，１３Ｈ側にコールドスポットが存在している。断面の炭化物相の面積比率を測定し、結果を表１に示した。
【００５５】
【表１】

【００５６】
この結果から分かるように、加熱面の温度分布と抵抗発熱体の各位置の炭化物相の面積比率とは相関していた。
【００５７】
（実験Ｂ）
図１、図２を参照しつつ説明した方法に従って、図１に示す加熱装置１を製造した。具体的には、平均粒径１μｍ、純度９９．９％の窒化アルミニウム粉末に対して、平均粒径１．５μｍ、純度９９．９％のイットリア粉末５重量％を添加し、混合し、混合粉末をプレス成形した。この際、成形体中に抵抗発熱体５Ａ、５Ｂ、端子６Ａ−６Ｄ、ダミー部材１２Ａおよび１２Ｂを埋設した。抵抗発熱体は、モリブデン製のコイルスプリング形状とし、端子６Ａ−６Ｄは、それぞれモリブデン製の円柱状端子とした。ダミー部材１２Ａは、外径３４８ｍｍ、内径１００ｍｍのリング状のモリブデン平板とした。ダミー部材１２Ｂは、外径３４８ｍｍの円形板とした。この成形体を、ホットプレス法によって２００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力下で１８００℃で焼結させた。得られた焼結体１１から、ダミー部材１２Ａ、１２Ｂおよびその周辺を研削加工によって除去し、図１のセラミックヒーターを得た。このセラミックヒーターの直径φは３３０ｍｍであり、厚さは２０ｍｍである。このセラミックヒーターの背面を、前述のようにして支持部材３と接合した。
【００５８】
ここで、焼成前の抵抗発熱体５Ａおよび５Ｂの端子間の各抵抗値を測定し、また焼成後の各抵抗値を測定した。
【００５９】
また、焼結体内の抵抗発熱体について、下記の条件でＸ線回折測定を行い、モリブデンのメイン強度ピークＭｏ（１１０）の強度と、炭化モリブデンのメイン強度ピークＭｏ_２Ｃ（１００）の強度とを測定し、その比率を算出した。測定条件は、ＣｕＫα、50ｋＶ、300 ｍＡ、2 θ＝２０〜７０°であり、使用機器は、回転対陰極型Ｘ線回折装置「理学電機製「ＲＩＮＴ」」である。
【００６０】
このセラミックヒーターに対して、加熱面４ａの平均温度が約７５０℃となるように電力を供給し、サーモビュアーによって加熱面の最高温度と最低温度との温度差を測定した。４個の試料について上記の実験を行い、結果を表２に示す。
【００６１】
【表２】

【００６２】
この結果から分かるように、前述したダミー部材を利用することによって、加熱面の温度分布を小さくすることができ、かつそのぱらつきを抑制することができた。また、焼成前後の抵抗値変化、およびＩｃ／Ｉｍを本発明の範囲内に制御することによって、加熱面の温度分布を小さく、そのバラツキを抑制することが可能になった。
【００６３】
（実験Ｃ）
実験Ｂと同様にして、２個の加熱装置を製造した。ただし、ダミー部材１２Ａ、１２Ｂは埋設しなかった。そして、各装置について、各抵抗発熱体の焼成前後の抵抗値、モリブデンとモリブデン炭化物とのメイン強度ピークの強度比Ｉｃ／Ｉｍ、および加熱面の最高温度と最低温度との温度差を測定した。この結果を表３に示す。
【００６４】
【表３】

【００６５】
表３から分かるように、ダミー部材を埋設しない場合には、加熱面の温度分布にバラツキが生じやすくなった。また、焼成前後の抵抗値変化率、およびＩｃ／Ｉｍが本発明の範囲内から外れると、加熱面の温度分布のバラツキが大きくなった。
【００６６】
（実験Ｄ）
実験Ｃと同様にして、３個の加熱装置を製造した。ただし、各例について、希土類元素の酸化物換算量を、表４に示すように変更した。そして、得られた各加熱装置について、焼成前後の各抵抗発熱体の抵抗値の変化率、モリブデンとモリブデン炭化物とのメイン強度ピークの強度比Ｉｃ／Ｉｍ、および加熱面の最高温度と最低温度との温度差を測定した。これらの測定結果を表４に示す。
【００６７】
【表４】

【００６８】
この結果から分かるように、焼成前後の抵抗値変化、およびＩｃ／Ｉｍを本発明の範囲内に制御することによって、加熱面の温度分布を小さく、そのバラツキを抑制することが可能になった。
【００６９】
図３は、実施例６の試料の抵抗発熱体のＸ線回折チャートであり、図４は、実施例２の試料の抵抗発熱体のＸ線回折チャートである。
【００７０】
なお、抵抗発熱体の材質をモリブデン−タングステン合金とした場合にも上記と同様の結果を得た。
【００７１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、セラミック焼結体と、このセラミック焼結体に接触するように設けられている抵抗発熱体とを備えているセラミックヒーターにおいて、加熱面の温度の均一性の変動を抑制できる。
【００７２】
また、セラミック焼結体と、このセラミック焼結体に接触するように設けられている金属部材とを備えている埋設品において、焼結過程における金属部材の反応を抑制し、あるいは反応の度合いを一定とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るセラミックヒーター２を備える加熱装置１を概略的に示す断面図である。
【図２】図１のセラミックヒーターを得るためのアセンブリ１０を概略的に示す断面図である。
【図３】実施例６の試料中の抵抗発熱体のＸ線回折チャートを示す。
【図４】実施例２の試料中の抵抗発熱体のＸ線回折チャートを示す。
【図５】セラミックヒーター１５を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
１加熱装置２、１5 セラミックヒーター３支持部材４、４Ａ、１１焼結体４ａ、１１ａ加熱面４ｂ、１１ｂ背面５Ａ、５Ｂ抵抗発熱体６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ端子７支持部材の内側空間８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ電力供給部材１０加工前のアセンブリ１２Ａ、１２Ｂダミー部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ceramic heater, a method for manufacturing a ceramic heater, and a metal member embedded product.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor manufacturing apparatus, a ceramic heater for heating a wafer is employed in manufacturing a semiconductor thin film from a raw material gas such as silane gas by thermal CVD or the like. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-68038 describes that a resistance heating element made of tungsten, for example, is embedded in a base made of nitride ceramics, and a tungsten silicide layer and a tungsten carbide layer are formed on the resistance heating element. Has been. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-251039 discloses a heater in which a resistance heating element is embedded in a base made of an aluminum nitride ceramic. In this heater, the resistance heating element is made of, for example, tungsten and tungsten carbide. Then, by setting the ratio (I2 / I1) of the main intensity peak (I1) of tungsten and the main intensity peak (I2) of tungsten carbide to 0.9 to 6.0, the resistance temperature coefficient (TCR) of the resistance heating element is obtained. ) Is made low, and temperature control by PID control is possible.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The inventor has conducted research to enable mass production of a ceramic heater in which a resistance heating element made of molybdenum or tungsten is embedded in an aluminum nitride sintered body. For example, in a ceramic heater for use in semiconductor manufacturing equipment, it is necessary to raise the temperature of the heating surface of the semiconductor wafer to a high temperature such as 750 ° C. At this time, the temperature distribution of the heating surface of the semiconductor wafer has a very narrow specification. It is necessary to suppress within the range. Therefore, surface processing is performed on the sintered body to form the heating surface of the semiconductor wafer, and the temperature distribution on the heating surface (temperature difference between the maximum temperature and the minimum temperature) is measured. Make it a non-defective product.
[0004]
Several factors are involved in the temperature uniformity of the heating surface of the ceramic substrate. For example, the dimensional accuracy of the ceramic substrate, the uniformity of the ceramic properties, the embedded state of the resistance heating element (especially the embedded Density) is involved. In particular, the embedded state of the resistance heating element is important. For example, when a wire-like resistance heating element is embedded in ceramics, it is necessary to control the number of turns of the wire, the geometric shape, and the embedded position.
[0005]
The present inventor has examined each of these known factors, and has almost obtained a solution prospect. However, even if the above-mentioned factors are strictly controlled, it has been found that in the actual mass production process, the temperature uniformity of the heating surface inevitably varies, causing defective products. did. That is, the temperature difference between the highest temperature and the lowest temperature on the heating surface tended to vary from product to product. This is considered to be caused by reaction and alteration of the resistance heating element in the ceramic sintered body.
[0006]
An object of the present invention is to suppress a variation in temperature uniformity of a heating surface in a ceramic heater including a ceramic sintered body and a resistance heating element provided in contact with the ceramic sintered body. That is.
[0007]
Moreover, the subject of this invention is suppressing the reaction of the metal member in a sintering process in the embedded goods provided with the ceramic sintered compact and the metal member provided so that this ceramic sintered compact may be contacted. Alternatively, the degree of reaction is constant.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a ceramic heater comprising a ceramic sintered body and a resistance heating element provided in contact with the ceramic sintered body,
The resistance heating element includes a metal containing one or more metal elements selected from Group 4a, 5a and 6a group elements of the periodic table, and a carbide of the metal, and a metal carbide measured by an X-ray diffraction method. The ratio (Ic / Im) of the total value of the main intensity peak (Ic) to the total value (Im) of the metal main intensity peak is 0.2 or less.
[0009]
Further, the present invention is a ceramic heater comprising a ceramic sintered body and a resistance heating element provided so as to be in contact with the ceramic sintered body,
The ceramic sintered body is obtained by sintering the molded body in a state where the resistance heating element is in contact with the ceramic powder molded body, and the rate of change in the resistance value of the resistance heating element accompanying the sintering of the molded body ((Rb-Ra) / Ra) (Ra is the resistance value of the resistance heating element before sintering, and Rb is the resistance value of the resistance heating element after sintering) is 30% or less. Features.
[0010]
Further, the present invention is a ceramic heater comprising a ceramic sintered body and a resistance heating element provided so as to be in contact with the ceramic sintered body,
The ceramic sintered body is brought into contact with the ceramic powder compact with a resistance heating element and a dummy member made of a metal containing one or more metal elements selected from Group 4a, 5a and 6a elements of the periodic table. It was obtained by sintering the compact in the state.
[0011]
Further, the present invention is a method for producing a ceramic heater comprising a ceramic sintered body and a resistance heating element provided so as to be in contact with the ceramic sintered body,
Contacting a ceramic powder molded body with a resistance heating element and a dummy member made of a metal containing one or more metal elements selected from Group 4a, 5a and 6a elements of the periodic table, and then sintering the molded body To obtain a ceramic sintered body.
[0012]
Further, the present invention is an embedded product comprising a ceramic sintered body and a metal member provided so as to contact the ceramic sintered body,
The metal member includes a metal containing one or more metal elements selected from Group 4a, 5a and 6a group elements of the periodic table, and the ceramic sintered body is formed into a ceramic powder formed body and the resistance heating element and the period. It is obtained by sintering the compact in a state where it is in contact with a dummy member made of a metal containing one or more metal elements selected from Group 4a, 5a and 6a elements.
[0013]
As a result of studying the cause of variation in the temperature uniformity of the heating surface of the ceramic heater, the present inventor has reached the following knowledge. This will be described with reference to FIG.
[0014]
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the ceramic heater 15. For example, two layers of

resistance heating elements

5A and 5B are embedded in the disk-shaped ceramic sintered body 4A. 4a is a heating surface and 4b is a back surface. Corresponding

terminals

6A, 6B, 6C, 6D are connected to the

resistance heating elements

5A, 5B.
[0015]
Here, the inventor manufactured the ceramic heater 15 by forming the ceramic sintered body 4A from aluminum nitride and the resistance heating element from molybdenum. When a temperature distribution exceeding a predetermined value was generated on the heating surface of the ceramic heater, the cross section of each part of the resistance heating element was observed. As a result, it was found that a molybdenum carbide phase was generated in the resistance heating element made of molybdenum, and that there was a large deviation in the volume ratio of the molybdenum carbide phase. For example, when the cut surface of the resistance heating element was observed for each of 13A-13H shown in FIG. 5, remarkable variation was found in the area ratio of the molybdenum carbide phase depending on the location.
[0016]
If the proportion of molybdenum carbide in the resistance heating element increases, the resistance value of the resistance heating element increases, and the amount of heat generation should increase. Therefore, it is considered that the temperature distribution on the heating surface increases when the proportion of carbide in the resistance heating element varies depending on the location of the resistance heating element. The actual temperature distribution on the heating surface was consistent with this hypothesis.
[0017]
Further, the inventor reduces the variation in the amount of carbide at each location of the resistance heating element described above by reducing the amount of metal carbide in the resistance heating element, thereby reducing the temperature distribution on the heating surface. By conceiving and demonstrating, the present invention has been reached.
[0018]
Specifically, when the resistance heating element includes a metal containing one or more metal elements selected from Group 4a, 5a and 6a elements of the periodic table and a carbide of the metal, an X-ray diffraction method is used. By setting the ratio (Ic / Im) of the total value of the main strength peak (Ic) of the metal carbide to the total value (Im) of the main strength peak of the metal to 0.2 or less, the temperature of the heating surface We found that the distribution can be reduced and defective products can be reduced.
[0019]
The metal containing one or more metal elements selected from the periodic table 4a, 5a and 6a group elements is as follows.
(1) Pure metal composed of a kind of metal element. However, a small amount of other metal elements or impurity elements is allowed.
(2) An alloy of two or more metal elements.
[0020]
The above-described metal carbides are as follows.
(1) When the resistance heating element is a pure metal composed of a kind of metal element, carbide of the metal.
(2) When the resistance heating element is an alloy of two or more metal elements, (a) a carbide of each metal, and (b) a composite carbide containing two or more metal elements.
[0021]
The main intensity peak (Ic) of the metal carbide measured by the X-ray diffraction method is each peak having the highest intensity in the JCPDS card of each metal carbide. The total intensity value of the main intensity peak means the total intensity value corresponding to each metal carbide. When the metal is a pure metal, the main intensity peak of the metal is a peak having the highest intensity in the JCPDS card of the metal. When the metal is an alloy, each of the peaks having the highest strength in the JCPDS card of each metal constituting the alloy.
[0022]
In addition, the inventor also paid attention to a change in the resistance value of the resistance heating element accompanying the sintering of the molded body. That is, after the resistance heating element is embedded in the molded body, the molded body is sintered. At this time, it was found that if the resistance value fluctuates greatly, the variation in the amount of carbide in the resistance heating element tends to increase, and as a result, the temperature distribution on the heating surface increases. Specifically, the rate of change in resistance value of the resistance heating element ((Rb−Ra) / Ra) (Ra is the resistance value of the resistance heating element before sintering, and Rb It has been found that the uniformity of the temperature of the heating surface is remarkably improved by setting the resistance value of the resistance heating element after sintering to 30% or less. Thus, no research has been made so far, focusing on the relationship between the change in resistance value before and after firing and the uniformity of the temperature of the heated surface.
[0023]
Furthermore, as a result of studying a method for suppressing inhomogeneous carbonization of the resistance heating element in the sintering process, the present inventor has found that the molded body has at least one selected from Periodic Tables 4a, 5a and 6a group elements. The present inventors have found that it is effective to sinter the molded body in a state in which a dummy member made of a metal containing the metal element is in contact with the metal element, and have reached the present invention. This is because excess carbon atoms existing in the molded body and causing a heterogeneous reaction with the metal constituting the resistance heating element react with the metal constituting the dummy member and are absorbed by the dummy member. Because. In this way, a metal dummy member that does not have the original intended function is intentionally embedded in a ceramic molded body and sintered, thereby suppressing inhomogeneous carbonization of the resistance heating element in the molded body. That was an unprecedented attempt.
Furthermore, it has also been found that carbonization can be suppressed by reducing the pressure at a temperature at which AlN does not decompose under firing conditions. Moreover, it discovered that combining a dummy member and this reduced pressure baking was an effective method.
[0024]
Further, the idea of suppressing the heterogeneous carbonization of the resistance heating element due to the absorption of excess carbon atoms by the dummy member is not necessarily limited to the resistance heating element and the ceramic heater, but other metal embedded ceramic products. It can also be applied to. That is, when the metal member contains a metal containing one or more metal elements selected from Group 4a, 5a and 6a group elements, the periodic table 4a, 5a and 6a is formed on the ceramic powder compact. Sintering the molded body with a dummy member made of a metal containing one or more metal elements selected from the group elements in contact with each other suppresses inhomogeneous carbonization of the metal member, resulting in defective products. Occurrence can be prevented.
[0025]
Here, the dummy member means a member to which no special function is assigned in the ceramic product. Therefore, the dummy member can be removed from the sintered body during the processing of the sintered body. Alternatively, the case where the dummy member is left in the final ceramic product is also included. However, if the dummy member remains in the ceramic product, it is necessary to design the entire product in consideration of the thermal conductivity and dimensions of the dummy member, which limits the degree of design freedom. For this reason, it is preferable to remove at least a part of the dummy member by processing the sintered body.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The one or more metal elements selected from the periodic table 4a, 5a and 6a group elements are particularly preferably as follows.
W, Mo, Hf, Nb, Ta, their carbides, their oxides
[0027]
From the viewpoint of uniformity of the temperature of the heating surface, Ic / Im is particularly preferably 0.1 or less.
[0028]
There is no particular lower limit for Ic / Im. However, when almost no carbide is generated, the adhesion at the interface between the metal member and the ceramic is deteriorated, and there is a possibility of peeling or a gap. For this reason, from the viewpoint of improving the adhesion between the metal member and the ceramic, it is preferable that Ic / Im is 0.001 or more.
[0029]
Further, from the viewpoint of uniformity of the temperature of the heating surface, it is particularly preferable that the rate of change in resistance value ((Rb−Ra) / Ra) of the resistance heating element accompanying sintering of the molded body is 10% or less. However, from the viewpoint of improving the adhesion between the resistance heating element and the ceramic, it is preferable to set ((Rb-Ra) / Ra) to -90% or more. Here, the negative value is because the initial resistance may be large due to oxidation or carbonization of the resistor.
[0030]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a heating device 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an assembly 10 in the manufacturing process of the heating device 1. In this example, first, a resistance heating element having a desired shape is embedded in a molded body made of ceramic powder. Further, a disc-shaped dummy member 12B and an annular dummy member 12A are embedded between the resistance heating element and each main surface. The sintered body 11 shown in FIG. 2 is obtained by sintering the compact in this state.
[0031]
The sintered body 11 of this example has a disk shape. One main surface 11a of the sintered body 11 is a heating surface, and 11b is a back surface. In the sintered body 11, for example, two rows of

resistance heating elements

5A and 5B are embedded. Corresponding

terminals

6A, 6B, 6C, 6D are connected to the

resistance heating elements

5A, 5B. A disk-shaped dummy member 12B is embedded between the resistance heating element 5A and the heating surface 11a. An annular dummy member 12A is embedded between the resistance heating element 5B and the back surface 11b. The end surface 3 a of the support member 3 is joined to the back surface 11 b of the sintered body 11. The support member 3 accommodates power supply members 8A-8D, and the

power supply members

8A, 8B, 8C, 8D are connected to the

terminals

6A, 6B, 6C, 6D.
[0032]
Next, the sintered body 11 is processed along the dotted line shown in FIG. 2, and the dummy members 12 </ b> A and 12 </ b> B and the periphery thereof are removed, thereby forming the sintered body 4 shown in FIG. 1. Here, 4a, 4b, 4c are processed surfaces. As a result, the thickness of the sintered body 4 becomes thinner than the thickness of the sintered body 11, and the circular protrusion 4e is formed on the back surface 4b side of the sintered body 4. As a result, the heating apparatus 1 including the ceramic heater 2 and the support member 3 is obtained.
[0033]
The joining method of the ceramic heater and the support member is not particularly limited, and can be joined by, for example, a brazing material, or can be solid-phase joined as described in JP-A-8-73280. Further, the heater and the support member can be sealed and bonded using a seal member such as an O-ring or a metal packing.
[0034]
The ceramic heater of the present invention can be applied as a ceramic product for a semiconductor manufacturing apparatus. The term “semiconductor manufacturing apparatus” as used herein means an apparatus used in a wide range of semiconductor manufacturing processes in which metal contamination of the semiconductor is a concern. This includes an etching apparatus, a cleaning apparatus, and an inspection apparatus in addition to the film forming apparatus.
[0035]
The material of the sintered body constituting the heater is not particularly limited. Preferably, the material of the sintered body may be a known ceramic material such as nitride ceramics such as aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride and sialon, and alumina-silicon carbide composite material. In order to impart high corrosion resistance to corrosive gases such as halogen-based gases, aluminum nitride and alumina are particularly preferable.
[0036]
Although the shape of a base | substrate is not specifically limited, A disk shape is preferable. The heating surface may have a pocket shape, an emboss shape, or a groove shape.
[0037]
The method for producing the heater base is not limited, but a hot press production method and a hot isostatic press production method are preferred.
[0038]
The material of the support member is not limited, but may be a known ceramic material such as nitride ceramics such as aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride and sialon, and alumina-silicon carbide composite material.
[0039]
The shape of the heating element may be a coil shape, a ribbon shape, a mesh shape, a plate shape, or a film shape. The shape of the dummy member is not limited, and may be a coil shape, a ribbon shape, a mesh shape, a plate shape, or a film shape.
[0040]
In addition to the resistance heating element, a high-frequency electrode element and an electrostatic chuck element can be embedded in the sintered body.
[0041]
In a preferred embodiment, the ceramic sintered body contains a rare earth element in an amount of 10% by weight or less in terms of a rare earth element oxide, whereby the heterogeneous carbonization of the metal member is further suppressed. The rare earth elements mentioned here are the seventeen elements of samarium, scandium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and lutetium.
[0042]
Preferably, the rare earth metal element is one or more elements selected from the group consisting of yttrium, lanthanum, cerium, gadolinium, dysprosium, erbium and ytterbium.
[0043]
The rare earth element content is preferably 0.05% by weight or more, more preferably 1% by weight or more, in terms of rare earth element oxide, from the viewpoint of densifying the sintered body. . However, if the content of rare earth elements increases, the range of increase in resistance value after firing tends to increase, but in this case, the present invention using a dummy substrate is more effective. Further, when the content of rare earth elements is low, the resistance value increase after firing tends to be reduced. From this viewpoint, the rare earth element content is preferably 0.5% by weight or less.
[0044]
In a particularly preferred embodiment, the sintered body is made of aluminum nitride, and the metal member is made of molybdenum, tungsten, or molybdenum-tungsten alloy.
[0045]
For forming the sintered body, a known method such as a dry press, a doctor blade method, extrusion, casting, or a tape forming method can be applied.
[0046]
In the blending step, the aluminum nitride raw material powder is dispersed in a solvent, and the rare earth element compound can be added in the form of the above-described oxide powder or solution. When mixing, it is possible by simple stirring, but when it is necessary to crush the aggregates in the raw material powder, a mixing and grinding machine such as a pot mill, a trommel, an attrition mill is used. it can.
[0047]
The step of drying the mixing solvent is preferably a spray drying method. Moreover, it is preferable to adjust the particle size by passing the dry powder through a sieve after carrying out the vacuum drying method.
[0048]
In the step of forming the powder, a die press method can be used when manufacturing a disk-shaped formed body. The molding pressure is 100 kgf / cm ² Although the above is preferable, there is no particular limitation as long as the shape can be maintained. It is also possible to fill in a hot press die in a powder state.
[0049]
The sintered body of the present invention is preferably obtained by hot press firing, and the fired body is 50 kgf / cm. ² It is preferable to perform hot press sintering under the above pressure.
[0050]
Although a sintering temperature is not limited, Preferably it is 1700-2200 degreeC, More preferably, it is 1750 degreeC or more, or 2100 degrees C or less, Most preferably, it is 1750 degreeC-2050 degreeC.
The atmosphere is N ₂ An atmosphere is preferable, but at a temperature at which AlN does not decompose (for example, 1000 to 1700 ° C.), it is preferable to use a reduced pressure (high vacuum with a degree of vacuum of 1E-2 Torr or more). It is more preferable to put a holding time of less than the time.
[0051]
【Example】
(Experiment A)
A ceramic heater 15 shown in FIG. 5 was manufactured. The base was an aluminum nitride sintered body 4A, the diameter φ of the base 4A was 350 mm, and the thickness was 25 mm. Inside the base 4A, molybdenum coil spring-shaped

resistance heating elements

5A and 5B were embedded. Each of the terminals 6A-6D was a molybdenum cylindrical terminal. When producing a sintered body, an aluminum nitride powder having an average particle diameter of 1 μm and a purity of 99.9% is added with 5% by weight of yttria powder having an average particle diameter of 1.5 μm and a purity of 99.9%, The mixed powder was press-molded, and a resistance heating element was embedded in the molded body. Then, the molded body was 200 kgf / cm by a hot press method. ² And sintering at 1800 ° C. under the pressure of
[0052]
This ceramic heater 15 was joined to the support member 3 as shown in FIG. The support member 3 was formed of an aluminum nitride sintered body. The support member 3 had an outer diameter φ of 80 mm, an inner diameter φ of 50 mm, and a length of 250 mm. The support member 3 was solid-phase bonded to the back surface 4b at the center of the sintered body 4A. Electric power supply means 8A-8D made of a nickel rod was inserted into the inner space 7 of the support member and electrically connected to each terminal. In this state, electric power was supplied so that the average temperature of the heating surface 4a was about 750 ° C., and the temperature difference between the maximum temperature and the minimum temperature of the heating surface was measured by a thermoviewer.
[0053]
When five samples were manufactured and the above experiment was performed, it was found that the temperature difference between the maximum temperature and the minimum temperature varied in a range of 13 ° C to 24 ° C.
[0054]
Therefore, the ceramic heater 15 having the temperature difference of 18 ° C. was cut, and the cross section of the resistance heating element was observed at a magnification of 1000 times with a scanning electron microscope at each position 13A-13H shown in FIG. There are hot spots on the

positions

13A and 13B, and cold spots on the 13G and 13H sides. The area ratio of the carbide phase in the cross section was measured, and the results are shown in Table 1.
[0055]
[Table 1]

[0056]
As can be seen from this result, the temperature distribution on the heating surface and the area ratio of the carbide phase at each position of the resistance heating element were correlated.
[0057]
(Experiment B)
1 was manufactured according to the method described with reference to FIGS. 1 and 2. Specifically, 5% by weight of yttria powder having an average particle size of 1.5 μm and purity of 99.9% is added to and mixed with an aluminum nitride powder having an average particle size of 1 μm and purity of 99.9%. Was press-molded. At this time,

resistance heating elements

5A and 5B, terminals 6A-6D, and dummy members 12A and 12B were embedded in the molded body. The resistance heating element was in the form of a coil spring made of molybdenum, and the terminals 6A-6D were each cylindrical terminals made of molybdenum. The dummy member 12A was a ring-shaped molybdenum flat plate having an outer diameter of 348 mm and an inner diameter of 100 mm. The dummy member 12B was a circular plate having an outer diameter of 348 mm. This molded body was 200 kgf / cm by hot pressing. ² And sintering at 1800 ° C. under the pressure of The dummy members 12A and 12B and the periphery thereof were removed from the obtained sintered body 11 by grinding to obtain the ceramic heater of FIG. This ceramic heater has a diameter φ of 330 mm and a thickness of 20 mm. The back surface of the ceramic heater was joined to the support member 3 as described above.
[0058]
Here, each resistance value between the terminals of the

resistance heating elements

5A and 5B before firing was measured, and each resistance value after firing was measured.
[0059]
Further, the resistance heating element in the sintered body was subjected to X-ray diffraction measurement under the following conditions, and the intensity of the main intensity peak Mo (110) of molybdenum and the main intensity peak Mo of molybdenum carbide. ₂ The intensity of C (100) was measured and the ratio was calculated. The measurement conditions are CuKα, 50 kV, 300 mA, 2θ = 20 to 70 °, and the equipment used is a rotating anti-cathode X-ray diffractometer “RINT” manufactured by Rigaku Corporation.
[0060]
Electric power was supplied to the ceramic heater so that the average temperature of the heating surface 4a was about 750 ° C., and the temperature difference between the maximum temperature and the minimum temperature of the heating surface was measured by a thermoviewer. The above experiment was performed on four samples, and the results are shown in Table 2.
[0061]
[Table 2]

[0062]
As can be seen from this result, by using the above-described dummy member, the temperature distribution on the heating surface can be reduced and the fluttering can be suppressed. In addition, by controlling the change in resistance value before and after firing and Ic / Im within the range of the present invention, it is possible to reduce the temperature distribution on the heating surface and suppress the variation.
[0063]
(Experiment C)
In the same manner as in Experiment B, two heating devices were manufactured. However, the dummy members 12A and 12B were not embedded. And about each apparatus, the resistance value before and behind baking of each resistance heating element, intensity ratio Ic / Im of the main intensity peak of molybdenum and molybdenum carbide, and the temperature difference between the maximum temperature and the minimum temperature of the heating surface were measured. The results are shown in Table 3.
[0064]
[Table 3]

[0065]
As can be seen from Table 3, when the dummy member was not embedded, the temperature distribution on the heating surface was likely to vary. Further, when the rate of change in resistance value before and after firing and Ic / Im deviated from the scope of the present invention, the temperature distribution on the heating surface varied greatly.
[0066]
(Experiment D)
In the same manner as in Experiment C, three heating devices were manufactured. However, for each example, the oxide equivalent amount of rare earth elements was changed as shown in Table 4. For each heating device obtained, the rate of change in resistance value of each resistance heating element before and after firing, the intensity ratio Ic / Im of the main intensity peak between molybdenum and molybdenum carbide, and the maximum and minimum temperatures of the heating surface The temperature difference was measured. These measurement results are shown in Table 4.
[0067]
[Table 4]

[0068]
As can be seen from this result, by controlling the change in resistance value before and after firing and Ic / Im within the range of the present invention, the temperature distribution on the heating surface can be reduced and the variation can be suppressed.
[0069]
FIG. 3 is an X-ray diffraction chart of the resistance heating element of the sample of Example 6, and FIG. 4 is an X-ray diffraction chart of the resistance heating element of the sample of Example 2.
[0070]
The same results as above were obtained when the resistance heating element was made of molybdenum-tungsten alloy.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a ceramic heater comprising a ceramic sintered body and a resistance heating element provided in contact with the ceramic sintered body, the temperature of the heating surface is uniform. Gender fluctuations can be suppressed.
[0072]
Further, in an embedded product comprising a ceramic sintered body and a metal member provided so as to be in contact with the ceramic sintered body, the reaction of the metal member during the sintering process is suppressed or the degree of reaction is reduced. Can be constant.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a heating apparatus 1 including a ceramic heater 2 according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view schematically showing an assembly 10 for obtaining the ceramic heater of FIG. 1;
3 shows an X-ray diffraction chart of a resistance heating element in the sample of Example 6. FIG.
4 shows an X-ray diffraction chart of a resistance heating element in the sample of Example 2. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a ceramic heater 15;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heating device 2, 15 Ceramic heater 3

Support member

4, 4A, 11 Sintered body 4a, 11a Heating surface 4b,

11b Back surface

5A, 5B

Resistance heating element

6A, 6B, 6C, 6D Terminal 7 Inside space of

support member

8A, 8B, 8C, 8D Power supply member 10 Assembly before processing 12A, 12B Dummy member

Claims

セラミック焼結体と、このセラミック焼結体に接触するように設けられている抵抗発熱体とを備えているセラミックヒーターであって、
前記抵抗発熱体が、周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族元素から選ばれた一種以上の金属元素を含む金属と、この金属の炭化物とを含んでおり、Ｘ線回折法によって測定される前記金属炭化物のメイン強度ピーク（Ｉｃ）の合計値の前記金属のメイン強度ピークの合計値（Ｉｍ）に対する比率（Ｉｃ／Ｉｍ）が０．２以下であることを特徴とする、セラミックヒーター。A ceramic heater comprising a ceramic sintered body and a resistance heating element provided in contact with the ceramic sintered body,
The resistance heating element includes a metal containing one or more metal elements selected from the elements of Group 4a, 5a and 6a of the periodic table and a carbide of the metal, and the metal measured by X-ray diffraction method A ceramic heater, wherein a ratio (Ic / Im) of a total value of main strength peaks (Ic) of carbides to a total value (Im) of main strength peaks of the metal is 0.2 or less.

前記金属炭化物のメイン強度ピーク（Ｉｃ）の合計値の前記金属のメイン強度ピークの合計値（Ｉｍ）に対する比率（Ｉｃ／Ｉｍ）が０．００１以上であることを特徴とする、請求項１記載のセラミックヒーター。The ratio (Ic / Im) of the total value of the main intensity peak (Ic) of the metal carbide to the total value (Im) of the main intensity peak of the metal is 0.001 or more. Ceramic heater.

前記セラミック焼結体が、セラミック粉末の成形体に前記抵抗発熱体を接触させた状態で前記成形体を焼結させることによって得られており、前記成形体の焼結に伴う前記抵抗発熱体の抵抗値の変化率（（Ｒｂ−Ｒａ）／Ｒａ）（Ｒａは、焼結前の前記抵抗発熱体の抵抗値であり、Ｒｂは、焼結後の前記抵抗発熱体の抵抗値である）が３０％以下であることを特徴とする、請求項１または２記載のセラミックヒーター。The ceramic sintered body is obtained by sintering the molded body in a state in which the resistance heating element is in contact with a ceramic powder molded body, and the resistance heating element accompanying the sintering of the molded body is obtained. Change rate of resistance value ((Rb−Ra) / Ra) (Ra is the resistance value of the resistance heating element before sintering, and Rb is the resistance value of the resistance heating element after sintering). The ceramic heater according to claim 1, wherein the ceramic heater is 30% or less.

セラミック焼結体と、このセラミック焼結体に接触するように設けられている抵抗発熱体とを備えているセラミックヒーターであって、
前記セラミック焼結体が、セラミック粉末の成形体に前記抵抗発熱体を接触させた状態で前記成形体を焼結させることによって得られており、前記成形体の焼結に伴う前記抵抗発熱体の抵抗値の変化率（（Ｒｂ−Ｒａ）／Ｒａ）（Ｒａは、焼結前の前記抵抗発熱体の抵抗値であり、Ｒｂは、焼結後の前記抵抗発熱体の抵抗値である）が３０％以下であることを特徴とする、セラミックヒーター。A ceramic heater comprising a ceramic sintered body and a resistance heating element provided in contact with the ceramic sintered body,
The ceramic sintered body is obtained by sintering the molded body in a state in which the resistance heating element is in contact with a ceramic powder molded body, and the resistance heating element accompanying the sintering of the molded body is obtained. Change rate of resistance value ((Rb−Ra) / Ra) (Ra is the resistance value of the resistance heating element before sintering, and Rb is the resistance value of the resistance heating element after sintering). A ceramic heater characterized by being 30% or less.

前記セラミック焼結体が、前記抵抗発熱体と周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族元素から選ばれた一種以上の金属元素を含む金属からなるダミー部材とを、セラミック粉末の成形体に対して接触させた状態で前記成形体を焼結させることによって得られたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載のセラミックヒーター。The ceramic sintered body contacts the resistance heating element and a dummy member made of a metal containing one or more metal elements selected from Group 4a, 5a and 6a elements of the periodic table to a ceramic powder compact. The ceramic heater according to any one of claims 1 to 4, wherein the ceramic heater is obtained by sintering the molded body in a state of being made to be sintered.

セラミック焼結体と、このセラミック焼結体に接触するように設けられている抵抗発熱体とを備えているセラミックヒーターであって、
前記セラミック焼結体が、前記抵抗発熱体と周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族元素から選ばれた一種以上の金属元素を含む金属からなるダミー部材とを、セラミック粉末の成形体に対して接触させた状態で前記成形体を焼結させることによって得られたことを特徴とする、セラミックヒーター。A ceramic heater comprising a ceramic sintered body and a resistance heating element provided in contact with the ceramic sintered body,
The ceramic sintered body contacts the resistance heating element and a dummy member made of a metal containing one or more metal elements selected from Group 4a, 5a, and 6a elements of the periodic table to a ceramic powder compact. A ceramic heater obtained by sintering the molded body in a pressed state.

前記セラミック焼結体が希土類元素を希土類元素酸化物に換算して１０重量％以下含有していることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つの請求項に記載のセラミックヒーター。The ceramic heater according to any one of claims 1 to 6, wherein the ceramic sintered body contains a rare earth element in an amount of 10% by weight or less in terms of a rare earth element oxide.

前記抵抗発熱体が前記セラミック焼結体に埋設されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載のセラミックヒーター。The ceramic heater according to claim 1, wherein the resistance heating element is embedded in the ceramic sintered body.

セラミック焼結体と、このセラミック焼結体に接触するように設けられている抵抗発熱体とを備えているセラミックヒーターを製造する方法であって、
セラミック粉末の成形体に、前記抵抗発熱体、および周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族元素から選ばれた一種以上の金属元素を含む金属からなるダミー部材を接触させ、次いで前記成形体を焼結させることによって前記セラミック焼結体を得ることを特徴とする、セラミックヒーターの製造方法。A method of manufacturing a ceramic heater comprising a ceramic sintered body and a resistance heating element provided so as to be in contact with the ceramic sintered body,
A ceramic powder compact is brought into contact with the resistance heating element and a dummy member made of a metal containing one or more metal elements selected from Group 4a, 5a and 6a elements of the periodic table, and then the compact is sintered. A method for producing a ceramic heater, wherein the ceramic sintered body is obtained.

前記成形体の焼結に伴う前記抵抗発熱体の抵抗値の変化率（（Ｒｂ−Ｒａ）／Ｒａ）（Ｒａは、焼結前の前記抵抗発熱体の抵抗値であり、Ｒｂは、焼結後の前記抵抗発熱体の抵抗値である）が３０％以下であることを特徴とする、請求項９記載の方法。Rate of change of resistance value of the resistance heating element ((Rb−Ra) / Ra) (Ra is the resistance value of the resistance heating element before sintering, and Rb is sintering) 10. The method according to claim 9, wherein the resistance value of the resistance heating element later is 30% or less.

前記抵抗発熱体が、周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族元素から選ばれた一種以上の金属元素を含む金属と、この金属の炭化物とを含んでおり、Ｘ線回折法によって測定される前記金属炭化物のメイン強度ピーク（Ｉｃ）の合計値の前記金属のメイン強度ピークの合計値（Ｉｍ）に対する比率（Ｉｃ／Ｉｍ）を０．２以下とすることを特徴とする、請求項９または１０記載の方法。The resistance heating element includes a metal containing one or more metal elements selected from Group 4a, 5a and 6a elements of the periodic table, and a carbide of the metal, and is measured by an X-ray diffraction method. The ratio (Ic / Im) of the total value of the main intensity peak (Ic) of carbide to the total value (Im) of the main intensity peak of the metal is 0.2 or less. the method of.

前記成形体に抵抗発熱体を埋設することを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一つの請求項に記載の方法。The method according to claim 9, wherein a resistance heating element is embedded in the molded body.

前記セラミック焼結体から前記ダミー部材を除去することを特徴とする、請求項９〜１２のいずれか一つの請求項に記載の方法。The method according to any one of claims 9 to 12, wherein the dummy member is removed from the ceramic sintered body.

セラミック焼結体と、このセラミック焼結体に接触するように設けられている金属部材とを備えている埋設品であって、
前記金属部材が、周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族元素から選ばれた一種以上の金属元素を含む金属を含んでおり、前記セラミック焼結体が、セラミック粉末の成形体に、前記金属部材と周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族元素から選ばれた一種以上の金属元素を含む金属からなるダミー部材とを接触させた状態で、前記成形体を焼結させることによって得られたことを特徴とする、金属部材の埋設品。An embedded product comprising a ceramic sintered body and a metal member provided in contact with the ceramic sintered body,
The metal member includes a metal containing one or more metal elements selected from Group 4a, 5a and 6a group elements of the periodic table, and the ceramic sintered body is formed into a ceramic powder compact, and the metal member and It was obtained by sintering the molded body in a state in which it was in contact with a dummy member made of a metal containing one or more metal elements selected from Group 4a, 5a and 6a elements of the periodic table. To be buried in metal parts.

前記セラミック焼結体が希土類元素を希土類元素酸化物に換算して１０重量％以下含有していることを特徴とする、請求項１４記載の埋設品。The embedded article according to claim 14, wherein the ceramic sintered body contains rare earth elements in an amount of 10% by weight or less in terms of rare earth element oxides.

前記金属部材が前記セラミック焼結体に埋設されていることを特徴とする、請求項１４または１５記載の埋設品。The embedded product according to claim 14, wherein the metal member is embedded in the ceramic sintered body.

前記金属部材が、周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族元素から選ばれた一種以上の金属元素を含む金属と、この金属の炭化物とを含んでおり、Ｘ線回折法によって測定される前記金属炭化物のメイン強度ピーク（Ｉｃ）の合計値の前記金属のメイン強度ピークの合計値（Ｉｍ）に対する比率（Ｉｃ／Ｉｍ）が０．２以下であることを特徴とする、請求項１４〜１６のいずれか一つの請求項に記載の埋設品。The metal carbide includes a metal containing one or more metal elements selected from Group 4a, 5a and 6a group elements of the periodic table, and a carbide of the metal, and is measured by an X-ray diffraction method. The ratio (Ic / Im) of the total value of the main intensity peak (Ic) of the metal to the total value (Im) of the main intensity peak of the metal is 0.2 or less. The buried article according to one claim.